Branqueamento da celulose PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRAIS II
Objetivos do branqueamento A lignina é responsável pela tonalidade escura da polpa de celulose. Dependendo do grau de cozimento efetuado, a polpa pode conter até 5% de lignina. A remoção da lignina é necessária, não só para se obter uma celulose pura, mas também para dar um aspecto de alvura elevado, característica fundamental de um produto final com alta qualidade. Branquear a celulose é levar a fibra ao seu estado natural de alvura, que é o branco.
Características do processo Por razões técnicas e econômicas, a eliminação da lignina é realizada em vários estágios, de acordo com a alvura desejada. Um maior grau de alvura com menor degradação das fibras pode ser alcançado ao se aplicar quantidades menores de reagentes de branqueamento em etapas sucessivas, com lavagens intermediárias. A intensidade do branqueamento é determinada em função da finalidade a que se destina a celulose, bem como dos custos inerentes ao processos de branqueamento
Simbologia ESTÁGIOS CÓDIGO PRODUTO QUÍMICO Cloração C Cloro gasoso Extração alcalina E Soda cáustica Hipocloração H Hipoclorito de Na ou Ca Dióxido de cloro D Dióxido de cloro Peróxido P Peróxido de hidrogênio Oxigênio O Oxigênio (O 2 ) Ozônio Z Ozônio (O 3 ) Extração oxidativa E O NaOH e O 2 Extração alcalina com peróxido E P Soda cáustica e peróxido de hidrogênio
SEQÜÊNCIAS MAIS COMUNS A L V U R A S E Q Ü Ê N C IA A té 7 5 % C E H D e 7 5 % a 8 0 % C E H H,C E D D e 8 0 % a 8 5 % C H E H, C E H E H, C E D, E H D D e 8 5 % a 9 0 % O C /D E O P D, C E D E D, C E H D P, O D E O D D e 9 0 % o u m a is C E H E D P, C E D E D, C D E D E D, O C D E O D D
Monitoramento do processo O monitoramento do processo é realizado por meio de dosagens da viscosidade do meio e do número Kappa Viscosidade está diretamente relacionada com o teor de celulose: Redução deve ser minimizada Número Kappa está diretamente relacionado com o teor de lignina: Redução deve ser maximizada A polpa de celulose obtida após a digestão, apresenta um valor do número de Kappa da ordem de 20. Quanto maior for o valor do número Kappa, maior será o teor de lignina presente na polpa celulósica;mais intenso será o processo de branqueamento.
CAVACOS DE MADEIRA LAVAGEM O 2 O/P H 2 O 2 DIGESTORES PROCESSO DE BRANQUEAMENTO
SEQÜÊNCIA DO PROCESSO D/CEDED: FILTROS LAVADORES ROTATIVOS + NaOH + Cl O 2 + NaOH + Cl O 2 D/C E1 D1 E2 D2 PARA DEPURAÇÃO ClO 2 + Cl 2
Descrição da sequência CEHD Cloro gasoso: Era geralmente empregado no primeiro estágio das sequências de branqueamento, tendo como principal função a deslignificação e não a redução da cor. O cloro livre transforma rapidamente a lignina em clorolignina, que é sólúvel em água e facilmente removível por uma lavagem na extração alcalina. O amplo emprego do cloro como reagente de branqueamento era devido seu baixo custo em relação a outras substâncias de ação similar, como dióxido de cloro.
EXTRAÇÃO ALCALINA Visa remover os componentes coloridos da pasta, solubilizando-os em álcali após tratamento oxidante. Neste estágio, consegue-se uma substancial remoção da lignina clorada (clorolignina), e como consequência o grau de alvura alcançado nos estágios subsequentes é mais estável, havendo menor consumo de reagentes. A operação é realizada numa temperatura de 50-70º C, ph de 10 a 11, com tempo de retenção de 1 hora.
DIÓXIDO DE CLORO Geralmente empregado no último estágio de alvejamento e permite obter celulose com elevados graus de alvura. A ampla aceitação deste agente deve-se a sua propriedade de oxidar a lignina, preservando a celulose.
AGENTES QUÍMICOS DE REFINAMENTO DA POLPA Hipoclorito de sódio: é utilizado em estágios intermediários ou ainda em certos estágios finais das seqüências alvejantes. Oxigênio: Empregado também com o intuito de oxidar a lignina e aplicado em íntimo contato com a fibra de celulose em suspensão a 10%, num reator operando numa pressão de 5 atm, temperatura de 95ºC, com retenção de 1 hora. Garante uma boa alvura a fibra de celulose.
Depuração Concluída a operação de branqueamento, a polpa sofre mais um processo: Depuração. Nesta etapa são eliminadas as impurezas da pasta de celulose. A depuração é realizada em peneiras centrífugas de dois estágios, e em seguida, em multilimpadores. Ao fim da depuração a polpa é concentrada e estocada em torres de alta consistência, sendo encaminhada para a fabricação de papel ou para secagem e enfardamento Consumo de regentes por tonelada de celulose seca Reagentes Cloro gasoso Soda cáustica Dióxido de cloro Peróxido de hidrogênio Oxigênio Quantidade 15-20 kg 15-25 kg 5-8 kg 4-6 kg 16-24 kg
TENDÊNCIAS Até pouco tempo atrás, o cloro era o agente alvejante mais empregado nas indústrias. O aumento das pressões ambientais, tem provocado uma considerável redução no consumo do cloro e o aumento do consumo de outros alvejantes (peróxido de hidrogênio, oxigênio, hipoclorito de sódio, entre outros).
Demanda mundial de agentes de branqueamento 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1988 1993 Cloro oxigênio Peróxido de hidrogênio Clorato de sódio
Problema das sequências com alto índice de cloro A quantidade de compostos organoclorados liberados para o meio ambiente nas águas de lavagens. A quantidade desses compostos é agrupada pela sigla AOX = Adsorbable Organic Halogen AOX: São compostos halogenados não hidrofóbicos mais solúveis em água que em solventes orgânicos e que apresentam a tendência de serem adsorvidos em superfícies sólidas
Liberação de AOX Numa sequência típica CEHH, há liberação de 3 a 5 Kg de AOX por tonelada de polpa tratada. 50 mil toneladas de pasta branqueada 250 mil toneladas de cloro ligado orgânicamente, perfazendo mais que 200 compostos identificados, até o momento.
Pressões Ambientais Primeiro houve a eliminação do cloro livre (Cl 2 ) ou elementar, sendo adotadas sequências ECF Elemental Chlorine Free Atualmente, o objetivo é eliminação total do cloro das sequências de branqueamento= TCF Totally Chlorine Free
Conceito TEF Total Effluent Free Prevê unidades com mínima geração de efluentes. A água de lavagem ficaria em circuito fechado Atualmente 60m 3 de H 2 O /tonelada de polpa Com o conceito TEF é previsto uma redução para 20 a 25m 3 /ton de polpa
Etapas do Branqueamento Cavacos de Madeira
Saída do Digestor
Após estágio O 2
Após estágio W Pré Branqueamento
Após estágio Z Ozônio
Após estágio EOP Oxigênio e Peroxidação
Após estágio D Dióxido de Cloro
Celulose em folha